\chapter{字体}

关于字体有三个重要概念：glyph、typeface、font。glyph~通常被翻译为字形，也有翻译为字体的；typeface~是一个书法和印刷领域的概念，它通常被翻译为字体或书体；font~曾经和~typeface~混用，但现在一般用作电脑领域的概念，在中国大陆被翻译为字体，在台湾被翻译为字型。

上述翻译的混乱令人十分无奈，包老师决定在本文中把它们分别翻译为字形、字样、字体，以正视听。

字形是一个字符的具体图形表现形式，一个字符可以有多个字形，比如汉字中的“強／强”、“戶／户／戸”；字样是一组相同风格样式的字形的集合，比如中文字样有宋、仿、楷、黑、隶、篆等；一种字样可以对应电脑上的几种字体。

\section{字样}
\label{sec:typeface}
拉丁字母的字样主要有三大类：Serif（Roman）、Sans Serif~和~Mono-space~（Typewriter）。Serif~的笔画边缘部分有些装饰，类似于中文的宋体、仿宋、楷体、魏书等。Sans Serif~的笔画则是平滑的，类似于中文的黑体。Sans~这个词来源于法语，就是“没有”的意思。Monospace~则是等宽字样。

每一类字样都可以有加粗（bold）、斜体（italic）、倾斜（oblique）等修饰效果。Italic~通常对原字样进行过重新设计，它修饰精细，多用于~Serif；~Oblique~也称作~slanted，基本上是把正体倾斜，多用于~Sans Serif。通常~oblique~看起来比~italic~要宽一些。

\Fref{tab:typeface}列出了几种常见的字样。

\begin{table}[htbp]
\caption{常见字样}
\label{tab:typeface}
\centering
\begin{tabular}{llll}
    \toprule
    操作系统 & Serif           & Sans Serif & Monospace \\
    \midrule
    Mac OS   & Times           & Helvetica  & Courier \\
    Windows  & Times New Roman & Arial      & Courier New \\
    \bottomrule
\end{tabular}
\end{table}

\section{字体格式}
\label{sec:font}

\subsection{点阵字体和矢量字体}
电脑上用的字体（font）按数据格式可以分为三大类：点阵字体（bitmap）、轮廓（outline）字体和笔画（stroke-based）字体。

点阵字体通过点阵来描述字形。早期的电脑受到容量和绘图速度的限制，多采用点阵字体。点阵字体后来渐渐被轮廓字体所取代，但是很多小字号字体仍然使用它，因为这种情况下轮廓字体缩放太多会导致笔画不清晰。

轮廓字体又称作矢量字体，它通过一组直线段和曲线来描述字形。轮廓字体易于通过数学函数进行缩放等变换，形成平滑的轮廓。轮廓字体的主要缺陷在于它所采用的贝塞尔曲线（Bézier curves）在光栅（raster）设备（比如显示器和打印机）上不能精确渲染，因而需要额外的补偿处理比如字体微调（font hinting）。但是随着电脑硬件的发展，人们一般不在意它比点阵字体多出的处理时间。

笔画字体其实也是轮廓字体，不过它描述的不是完整的字形，而是笔画。它多用于东亚文字。

\subsection{常见字体}

常见的轮廓字体技术有：Type 1~和~Type 3、TrueType、OpenType、~\MF~等。

Adobe~的~Type 1~和~Type 3~基于~PS，它们采用三次贝塞尔曲线。Type 1~支持微调，它使用一个简化的~PS~子集；Type 3~不支持微调，但它可以使用全部~PS~功能，因此既可以包含轮廓字体也可以包含点阵字体信息。
    
1991~年，Apple~发布了~TrueType，它采用二次贝塞尔曲线。二次曲线处理起来比三次曲线快，但是需要更多的点来描述。所以从~TrueType~到~Type 1的转换是无损的，反之是有损的。1994~年，Apple~着手研究~TrueType~的下一代技术：TrueType GX，它后来演变为Apple Advanced Typography（AAT）。

1996~年，微软和~Adobe~联合发布了~OpenType。它比起~AAT~的优势有：跨平台、开放和易于开发、支持更多的语言比如阿拉伯语。

早在~1984~年~Knuth~就发布了~\MF，它与~TrueType~和~OpenType的区别是，不直接描述字形轮廓，而描述生成轮廓的笔的轨迹。笔的形状可以是椭圆形或多边形，尺寸缩放自如，字形边缘也柔和一些。两种字体可以用同一个~\MF~文件，当然还有不同的参数。\MF~技术如此先进，却没有流行开来。对此~Knuth~解释道，要求一位设计字体的艺术家掌握~60~个参数太变态了，那是用来折磨数学家的。

Type 1~和~Type 3~把字体信息存储在两种文件里：metrics~和~glyph~文件。metrics~文件有~AFM（Adobe font metrics）和~PFM（printer font metrics），glyph~文件有~PFA（printer font ASCII）和~PFB（printer font binary）。~\LaTeX~使用的~metrics~格式是~TFM（TeX Font Metrics）。

TrueType~的文件后缀是~.ttf，OpenType~的是~.ttf~和~.otf。\MF~虽然用矢量图形来定义字形，实际输出的却是一种点阵格式：PK~（packed raster）。

上述字体按技术的先进性，从高到低的排序为：OpenType、~TrueType、Type 1、Type 3、PK，我们应优先选用~OpenType~和~TrueType。

\subsection{合纵连横}
Adobe~收取的~Type 1~专利许可费一度十分昂贵，穷人们只好用免费的~Type 3。为了打破这种垄断，Apple~开发了~TrueType。1991~年~TrueType~发布之后，Adobe随即公开了~Type 1~的规范，~Type 1~字体从贵族堕落为平民，因而流行开来。

1980~年代中后期，Adobe~的大部分盈利来自于~PS~解释器的许可费。面对这种垄断局面，微软和~Apple~联合了起来。微软把买来的~PS~解释器~TrueImage~授权给~Apple，Apple~则把~TrueType~授权给微软。

微软得陇望蜀，又企图获得~AAT~的许可证，未遂。为了打破~Apple~的垄断，微软联合~Adobe~在1996年发布了~OpenType。Adobe~在2002~年末将其字体库全面转向~OpenType。

上面这几出精彩好戏充分展示了商场上的勾心斗角、尔虞我诈，没有永恒的伙伴，只有永恒的利益。但它同时也告诉我们，市场竞争中受益的还是广大的消费者。

\section{字体应用}

PS~支持~Type 1~和~Type 3，而~PDF~除了这两种还支持~TrueType~和~OpenType。\verb|latex|、DVI浏览器、各种~driver~分别采用不同的字体技术。

\subsection{DVI}
\verb|latex|~编译~\LaTeX~源文件生成~DVI~时只需要\verb|.tfm|~文件，因为~DVI~并不包含字形信息，而只包含对字体的引用。DVI~浏览器显示~DVI~时一般使用~PK，它在系统中查找相应的~\verb|.pk|~文件，若找不到就调用~\MF~在后台自动生成。

\subsection{dvips}
缺省情况下，\verb|dvips|~也会查找~\verb|.pk|~，或调用~\MF~自动生成；然后把~PK~转换成包含点阵字体的~Type 3，它的参数~\verb|-D|~可以用来控制该点阵字体的分辨率。用~\verb|ps2pdf|~处理含~Type 3~的~PS~时，输出的自然是含~Type 3~的~PDF。

GSview~在低分辨率下可以很好地渲染~Type 3，Adobe Reader~或~Acrobat~却不能，因为它们使用的~Adobe Type Manager~不支持包含完整~PS~的~Type 3。含~Type 3~的~PDF~看起来会有些模糊，所以应尽量避免使用。

\verb|dvips|~的另一个参数~\verb|-Ppdf|~把~Type 1~嵌入生成的~PS，这样再~\verb|ps2pdf|~就能生成含~Type 1~的~PDF。

\verb|dvips|~不支持真正的（native）TrueType，用户只能把~TrueType~先转成~PK~或~Type 1，这样绕了个弯效果总会打些折扣。

\verb|dvips|~的字体详细使用方法可查阅其手册\citep{Rokicki_2005}第~6~章，此处不赘述。

\subsection{dvipdfm(x)}
\verb|dvipdfm|~支持~PK~和~Type 1，它可以用一个~\verb|t1fonts.map|~文件建立~PK~文件和~Type 1~文件之间的映射，这样生成的~PDF~用的就是~Type 1。\verb|dvipdfm|~也不支持真正的~TrueType。

\verb|dvipdfmx|~通过正确的设置可以使用真正的~TrueType，它对中日韩等东亚文字的支持也较好，所以它对我们来说是~Driver~的首选。

\section{TrueType~字体安装配置}
CJK~自带的~UTF-8~编码字体~gbsn~和~gkai只包含~GB2312~字符集，而~CTeX~只提供~GBK~编码字体，因此中文用户通常需要自己安装配置~UTF-8~编码的~TrueType~字体。

在使用~TrueType~之前，用户通常需要作以下准备工作：
\begin{enumerate}
    \item 用转换程序~\verb|ttf2tfm|~生成~TFM。
    \item 配置字体定义文件~\verb|.fd|。
    \item 配置~\verb|ttf2pk|~，因为~DVI~浏览器和~\verb|dvips|~都会自动调用~\verb|ttf2pk|~来生成~PK。
    \item 配置~\verb|dvipdfmx|。
\end{enumerate}

\subsection{目录和文件}
通常每个发行包都会参照~TDS~建立自己的目录系统，把各种文件发在固定的位置。比如~MiKTeX~顶层目录如下，在本节后面的示例中我们将使用这些目录的缩写。
\begin{code}
Install: D:\edit\MiKTeX 2.7
UserData: C:\Documents and Settings\Alpha\Local Settings\
    Application Data\MiKTeX\2.7
UserConfig: C:\Documents and Settings\Alpha\
    Application Data\MiKTeX\2.7
\end{code}

目录多了有个缺点，文件不知道放在哪里好。MiKTeX~中有的配置文件居然在四个目录下各有一份，实在是令人发指。幸好我们可以用下面的命令检查配置文件的具体名字和路径。

\begin{code}
initexmf --edit-config-file=ttf2pk
\end{code}

\subsection{ttf2tfm}
比如我们想把~\verb|SimSun18030.ttc|（18030~字符集的新宋体）转换为~UTF8~编码的字体文件，我们需要执行以下步骤。

\begin{enumerate}
    \item 把需要的~\verb|.ttf|~文件复制到~\verb|UserData/fonts/truetype/chinese/|。
    \item 用下面的命令生成\verb|.tfm|~和~\verb|.enc|~文件。
    \item 把~\verb|*.tfm|~复制到~\verb|UserData/fonts/tfm/chinese/utf8song/|。
    \item 把~\verb|*.enc|~复制到~\verb|UserData/fonts/enc/chinese/utf8song/|。
\end{enumerate}

\begin{code}
ttf2tfm SimSun18030.ttc -q -w utf8song@Unicode@
\end{code}

\subsection{字体定义文件}
字体定义文件将字体引用名和实际的字体文件联系起来，比如我们在~\verb|CJK|~环境中引用~\verb|usong|~时，系统将会找到并使用~\verb|utf8song*.tfm|。

\begin{code}
%UserData\tex\latex\CJK\UTF8\C70usong.fd
\ProvidesFile{c70usong.fd}
%character set: GB18030
%font encoding: Unicode
\DeclareFontFamily{C70}{usong}{\hyphenchar \font\m@ne}
\DeclareFontShape{C70}{usong}{m}{n}{<-> CJK * utf8song}{}
\DeclareFontShape{C70}{usong}{m}{it}{<-> CJK * utf8song}{}
\DeclareFontShape{C70}{usong}{bx}{n}{<-> CJKb * utf8song}{
    \CJKbold}
\endinput
\end{code}

\subsection{配置~\texttt{ttf2pk}}
MiKTeX~中~\verb|ttf2pk|~的配置文件是~\verb|ttf2pk.ini|~，在其它的发行包中可能是~\verb|ttf2pk.cfg|。

\verb|ttf2pk.ini|~中有一个~\verb|.map|~文件列表，后者定义了~TrueType~应该按编码转为~PK~等信息。

比如下面这个文件列表会让~\verb|ttf2pk|~读取~\verb|foo.map|~和~\verb|bar.map|。

\begin{code}
map foo.map
map bar.map
\end{code}

如果系统找不到~\verb|ttf2pk.ini|，它会缺省使用~\verb|ttfonts.map|。
\begin{code}
%UserData\ttf2tfm\base\ttfonts.map
utf8song@Unicode@ SimSun18030.ttc
\end{code}

\subsection{配置~\texttt{dvipdfmx}}
配置~\verb|dvipdfmx|~是为了让~PDF~正确地嵌入~TrueType，否则生成的文件中的内容不能复制、粘贴。

\begin{code}
%UserConfig\dvipdfm\config\dvipdfmx.cfg
f cid-x.map
\end{code}

\begin{code}
%UserData\dvipdfm\config\cid-x.map
utf8song@Unicode@ unicode SimSun18030.ttc
\end{code}

\bibliographystyle{unsrtnat}
\bibliography{reading}
\newpage